ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH ĐỒNG THÁP
TRƢỜNG CAO ĐẲNG CỘNG ĐỒNG ĐỒNG THÁP

GIÁO TRÌNH
(Ban hành kèm theo Quyết định số
/QĐ-CĐCĐ ngày
tháng
năm 20…
của Hiệu trưởng trường Cao đẳng Cộng đồng Đồng Tháp)

MÔN HỌC: CÔNG NGHỆ LẠNH THỰC PHẨM
NGÀNH, NGHỀ: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG

Đồng Tháp, năm 2017


TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể đƣợc phép dùng
nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu
lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.

1


LỜI GIỚI THIỆU
Giáo trình này đƣợc biên soạn theo hƣớng tích hợp kiến thức và kỹ năng cần
có của nghề cơng nghệ thực phẩm. Giáo trình đã cập nhật kiến thức tổng quát về cân
bằng vật chất và cân bằng năng lƣợng trong chế biến thực phẩm.
Để hoàn thiện giáo trình này tơi đã nhận đƣợc ý kiến đóng góp của các cán bộ

kỹ thuật, công ty và doanh nghiệp, quý thầy cô và Lãnh đạo Trƣờng Cao đẳng Cộng
đồng Đồng Tháp.
Tôi xin gởi lời cảm ơn đến các cán bộ kỹ thuật, các công ty và doanh nghiệp,
Lãnh đạo Trƣờng và q thầy cơ đã tham gia đóng góp ý kiến để giúp tơi hồn thành
giáo trình này.
Trong q trình biên soạn chắc chắn khơng thể tránh khỏi những thiếu sót, rất
mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp, hỗ trợ từ các cán bộ kỹ thuật, các công ty và
doanh nghiệp, đồng nghiệp để giáo trình đƣợc hồn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Đồng Tháp, ngày 15 tháng 8 năm 2017
Chủ biên

Nguyễn Tố Mai

2


MỤC LỤC
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN ................................................................................................. 1
LỜI GIỚI THIỆU ................................................................................................................ 2
MỤC LỤC ........................................................................................................................... 3
GIÁO TRÌNH MƠN HỌC/MƠ ĐUN ................................................................................. 5
Chƣơng 1: LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH KỸ THUẬT
LẠNH .................................................................................................................................. 6
1.1. Lịch sử hình thành và Phát triển của ngành Kỹ thuật lạnh ....................................... 6
1.2. Ý nghĩa của ngành công nghệ lạnh ........................................................................... 6
1.3. Phân loại máy lạnh.................................................................................................... 7
1.3.1. Phân loại máy lạnh theo quá trình biến đổi vật lý của môi chất. ....................... 7
1.3.2. Phân loại máy lạnh theo dạng năng lƣợng cấp cho chu trình. ........................... 7
1.3.3. Phân loại máy lạnh theo năng suất lạnh. ............................................................ 7

1.3.4. Phân loại máy lạnh theo nhiệt độ làm lạnh. ....................................................... 7
1.3.5. Phân loại máy lạnh theo chu trình nhiệt động. .................................................. 8
1.3.6. Phân loại máy lạnh theo tính năng sử dụng. ...................................................... 8
1.3.7. Phân loại máy lạnh theo mơi chất lạnh sử dụng. ............................................... 8
Chƣơng 2: CHU TRÌNH MÁY LẠNH NÉN HƠI 1 CẤP .................................................. 9
2.1. Chu trình Carnot ngƣợc chiều: ................................................................................. 9
2.2. Chu trình Khơ. ........................................................................................................ 10
2.3. Chu trình quá lạnh, quá nhiệt.................................................................................. 11
2.4. Chu trình hồi nhiệt. ................................................................................................. 11
Chƣơng 3: CHU TRÌNH MÁY LẠNH NÉN HƠI 2 VÀ NHIỀU CẤP............................ 13
3.1. Chu trình máy lạnh nén hơi 2 cấp, 1 tiết lƣu làm mát trung gian một phần ........... 13
3.2. Chu trình máy lạnh nén hơi 2 cấp, 1 tiết lƣu làm mát trung gian một phần có
hồi nhiệt. ........................................................................................................................ 14
3.3. Chu trình máy lạnh nén hơi 2 cấp, 2 tiết lƣu làm mát trung gian tồn phần. ......... 15
Chƣơng 4: MƠI CHẤT LẠNH VÀ CHẤT TẢI LẠNH ................................................... 16
4.1. Môi chất lạnh .......................................................................................................... 16
4.1.1. Các yêu cầu về môi chất lạnh .......................................................................... 16
4.1.2. Môi chất amoniac (NH3 – R717) ..................................................................... 17
3


4.1.3. Môi chất Freon................................................................................................. 18
4.2. Chất tải lạnh ............................................................................................................ 21
4.2.1. Các yêu cầu về chất tải lạnh ............................................................................ 21
4.2.2. Phân loại .......................................................................................................... 21
4.2.3. Chất tải lạnh là khơng khí ................................................................................ 22
4.2.4. Chất tải lạnh là nƣớc muối NaCl ..................................................................... 22

4



GIÁO TRÌNH MƠN HỌC
Tên mơn học: Cơng nghệ lạnh thực phẩm
Mã môn học: CCN406
Thời gian thực hiện môn học: 36 giờ (Lý thuyết: 22 giờ; Thực hành: 12; Kiểm tra:
02 giờ)
I. Vị trí, tính chất của mơn học:
- Vị trí của môn học: Là môn chuyên ngành cho ngƣời học trình độ cao đẳng Cơng
nghệ thực phẩm.
- Tính chất của môn học: Là môn học chuyên ngành bắt buộc.
- Ý nghĩa: Công nghệ lạnh thực phẩm là môn chuyên ngành nghiên cứu về những lĩnh
vực nhƣ: Chu trình máy lạnh nén hơi, thiết bị lạnh, môi chất lạnh, kho lạnh đông,…
II. Mục tiêu môn học:
- Về kiến thức:
+ Sinh viên sẽ đƣợc lĩnh hội đƣợc các kiến thức về máy và thiết bị lạnh.
+ Các hệ thống lạnh.
+ Kỹ thuật làm lạnh trong thực phẩm.
- Kỹ năng:
Hiểu biết và vận dụng đƣơc các kiến thức lĩnh hội đƣợc áp dụng vào thực tế.
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm:
Có khả năng làm việc độc lập, làm việc nhóm, có ý thức tổ chức kỷ luật cao.
III. Nội dung môn học :
1. Nội dung tổng quát và phân bổ thời gian:
Thời gian
Lý
Thực
thuyết
hành
Bài tập
4


Số
TT

Tên chƣơng mục

Tổng
số

1

Chƣơng 1: Lịch sử hình thành
và Phát triển của ngành Kỹ
thuật lạnh.

4

2

Chƣơng 2. Chu trình máy lạnh
nén hơi 1 cấp.

13

6

6

3


Chƣơng 3. Chu trình máy lạnh
nén hơi 2 và cấp.

12

6

6

6

Chƣơng 4. Môi chất lạnh và
chất tải lạnh.

7

6

5

Kiểm tra*
(LT hoặc
TH)

1

1


Chƣơng 1: LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH KỸ

THUẬT LẠNH
1.1. Lịch sử hình thành và Phát triển của ngành Kỹ thuật lạnh
Từ xa xƣa loài ngƣời đã biết sử dụng lạnh trong đời sống: để làm nguội một vật nóng
ngƣời ta đƣa nó tiếp xúc với vật lạnh. Ở những nơi mùa đơng có băng tuyết thì vào
mùa đơng ngƣời ta sản xuất nƣớc đá cây ngồi trời, sau đó đƣa nƣớc đá cây vào hầm
tích trữ lại, vào mùa hè ngƣời ta sử dụng lƣợng lạnh do nƣớc đá cây nhả ra để bảo
quản rau quả, thịt cá thu hoạch đƣợc để dành cho mùa đông.
Ở thế kỷ 17 nhà vật lý ngƣời Anh là Bôi và nhà vật lý ngƣời Đức là Gerike đã phát
hiện: ở áp suất chân không nhiệt độ bay hơi của nƣớc thấp hơn ở áp suất khí quyển.
Trên cơ sở này năm 1810 nhà bác học ngƣời Anh đã chế tạo ra máy lạnh sản xuất
nƣớc đá. Năm 1834 bác sỹ Perkin ngƣời Anh đã đƣa máy lạnh dùng môi chất êtylen
C2H2 vào ứng dụng. Khi một nhà bác học ở viện hàn lâm Pháp trình bày phƣơng pháp
bảo quản thịt bằng làm lạnh thì cơng nghệ lạnh mới thực sự phát triển.
Các môi chất lạnh ban đầu đƣợc sử dụng là khơng khí, êtylen C2H2, ơxit cacbon CO2,
ơxít sulfuric SO2, pxit nitơ NO2...Về sau mơi chất lạnh tìm đƣợc là amoniac NH3.
Những năm 30 40 của thế kỷ 20 ngƣời ta tìm ra các freon, là các dẫn xuất từ dãy
hydro cacbon no.
Năm 1862 máy lạnh hấp thụ ra đời. Năm 1874 kỹ sƣ Linde ngƣời Đức chế tạo ra máy
nén lạnh đầu tiên tƣơng đối hoàn chỉnh.
Sang thế kỷ 20 các cơ sở nhiệt động của máy lạnh đã tƣơng đối hoàn thiện. Máy lạnh
hiệu ứng Peltie, hiệu ứng từ trƣờng ra đời. Công cuộc chạy đua làm lạnh về 0 K vẫn
tiếp diễn.
1.2. Ý nghĩa của ngành công nghệ lạnh
Kỹ thuật lạnh đƣợc ứng dụng trong nhiều ngành:
Trong công nghiệp thực phẩm: bảo quản thịt, cá, rau, quả; trong sản xuất sữa, bia,
nƣớc ngọt, đồ hộp... Nƣớc đá dùng rộng rãi trong ăn uống, bảo quản sơ bộ cá đánh bắt
ở biển.
Trong công nghiệp: ngành luyện kim hóa lỏng khơng khí thu ơxy cấp cho các lị luyện
gang (36÷ 38% ơxy), lị luyện thép và hàn cắt kim loại (tới 96 ÷ 99% ơxy); hóa lỏng
rồi chƣng cất khơng khí thu các đơn chất - khí trơ He, Kr, Ne, Xe - để nạp vào bóng

đèn điện. Sử dụng lạnh cryo trong siêu dẫn.
Trong nơng nghiệp: hóa lỏng khơng khí thu nitơ làm phân đạm.
Trong y tế: dùng lạnh bảo quản thuốc men, máu; dùng nitơ lỏng bảo quản các phôi,
dùng lạnh trong mổ xẻ để giảm bớt chảy máu.
6


Trong quốc phịng: dùng ơxy lỏng cho tên lửa, tàu vũ trụ. Trƣớc khi tên lửa khai hỏa
ngƣời ta cho ơxy lỏng có nhiệt độ dạng khí -180oC ra khỏi bình chứa nên ta thấy phần
ống phóng ở đi có băng và hơi nƣớc ngƣng tụ mù mịt, sau ít giây mới thấy lửa phụt
ra, khi tên lửa bay phần đi vẫn đóng băng.
Điều hịa khơng khí cho nhà ở, nhà cơng cộng, các xí nghiệp cơng nghiệp, các phƣơng
tiện giao thông.
Ngày nay ngƣời ta đã chế tạo đƣợc nhiều loại máy nén khác nhau có cơng suất lạnh
cho 1 máy nén tới 1000MCal/h với môtơ điện tới 400kW.
1.3. Phân loại máy lạnh
1.3.1. Phân loại máy lạnh theo quá trình biến đổi vật lý của môi chất.
Máy lạnh sử dụng mơi chất có biến đổi pha trong chu trình làm việc: môi chất từ pha
hơi chuyển sang pha lỏng và ngƣợc lại nhƣ máy lạnh nén hơi, máy lạnh ejector, máy
lạnh hấp thụ.
Máy lạnh sử dụng môi chất là không khí, khơng khí khi dãn nở sinh ngoại cơng có ích
nhƣ các máy lạnh cryo.
Máy lạnh sử dụng môi chất là khơng khí, khơng khí khi dãn nở khơng sinh ngoại cơng
có ích nhƣ các ống xốy.
Máy lạnh sử dụng hiệu ứng Pentier: khơng có mơi chất.
1.3.2. Phân loại máy lạnh theo dạng năng lƣợng cấp cho chu trình.
Máy lạnh sử dụng cơ năng nhƣ các máy nén lạnh (máy nén piston, máy nén ly tâm,
máy nén roto, máy nén trục vít)
Máy lạnh sử dụng nhiệt năng nhƣ máy lạnh ejector, máy lạnh hấp thụ, máy lạnh có
máy nén hoạt động nhờ turbine hơi nƣớc hoặc động cơ đốt trong.

Máy lạnh sử dụng trực tiếp điện năng nhƣ máy lạnh sử dụng hiệu ứng Pentier, máy
lạnh dùng từ trƣờng.
1.3.3. Phân loại máy lạnh theo năng suất lạnh.
Máy lạnh công suất nhỏ: năng suất lạnh Qo ≤15kW.
Máy lạnh công suất vừa: năng suất lạnh 15kW < Qo ≤ 120kW.
Máy lạnh công suất lớn: năng suất lạnh Qo >120kW.
1.3.4. Phân loại máy lạnh theo nhiệt độ làm lạnh.
Máy lạnh cryo:

T ≤ 120K.

Máy lạnh thông thƣờng:

T >120K.

Máy lạnh nhiệt độ thấp:

to ≤ -30oC;

Máy lạnh nhiệt độ trung bình:

to = -30 ÷ -10oC;
7


Máy lạnh nhiệt độ cao:

to = -10 ÷ +20oC;

1.3.5. Phân loại máy lạnh theo chu trình nhiệt động.

Máy lạnh 1 cấp.
Máy lạnh 2 cấp.
Máy lạnh nhiều cấp.
Máy lạnh ghép tầng.
1.3.6. Phân loại máy lạnh theo tính năng sử dụng.
Máy lạnh chuyên dụng.
Máy lạnh đa dụng.
1.3.7. Phân loại máy lạnh theo môi chất lạnh sử dụng.
Máy lạnh amôniăc.
Máy lạnh freon.
Máy lạnh propan.
Máy lạnh etan.
Máy lạnh khơng khí.

8


Chƣơng 2: CHU TRÌNH MÁY LẠNH NÉN HƠI 1 CẤP
2.1. Chu trình Carnot ngƣợc chiều:
Chu trình ngƣợc Carnot là chu trình ngƣợc đƣợc thực hiện bởi 2 quá trình đẳng nhiệt
và 2 quá trình đẳng entropy.
Chu trình ngƣợc Carnot là chu trình ngƣợc lý tƣởng, mọi quá trình là thuận nghịch,
nhiệtlƣợng qo đƣợc lấy ở nguồn lạnh có nhiệt độ to, nhiệt lƣợng qk nhả ra cho nguồn
nóng có nhiệt độ tk, để thực hiện chu trình ta tốn 1 cơng l

Hình 2.1: Sơ đồ chu trình Carnot ngƣợc chiều
Q trình hoạt động của hơi ẩm trong chu trình nhƣ sau:
•

1-2: MN hút hơi ẩm có áp suất PO và nén lên áp suất Pk làm cho hơi ẩm chuyển

thành hơi bão hịa (2). Q trình này là nén đoạn nhiệt ∆s=0

•

2-3: hơi bão hịa có áp suất Pk đi vào thiết bị ngƣng tu và ngƣng tụ đẳng nhiệt
ở đó và chuyển thành trạng thái lỏng bảo hịa 3.

•

3-4: lỏng bão hịa 3 sau đó đƣợc dãn nở đoạn nhiệt (s3=s4) có sinh cơng trong
máy dãn nở và chuyển thành trạng thái 4 trong vùng ẩm có tO, PO

•

4-1: môi chất 4 đi vào thiết bị bay hơi và hóa hơi đẳng nhiệt ở đó, hấp thụ nhiệt
lƣợng và làm lạnh mơi trƣờng xung quanh (t1=t4=tO)

Ƣu điểm:
•

Hiệu suất exergy và hệ số lạnh lớn nhất

Khuyết điểm:

9


•

Quá trình làm việc trong vùng hơi ẩm và vùng lạnh trong MN sẽ gây hiện

tƣợng va đập thủy lực

•

Máy dãn nở quá phức tạp, rất cồng kềnh và chi phí cao

Trong thực tế các q trình trao đổi nhiệt đẳng nhiệt với nhiệt độ môi chất bằng nhiệt
độ nguồn nhiệt là không thực hiện đƣợc. Muốn trao đổi nhiệt cho nhau nhiệt độ môi
chất phải khác nhiệt độ nguồn nhiệt. Ở chu trình thực tế các quá trình nhận nhiệt là
đẳng áp (đẳng nhiệt nếu ở vùng 2 pha hơi bão hịa ẩm). Các q trình thực tế đều
khơng thuận nghịch, do đó làm giảm hệ số làm lạnh
2.2. Chu trình Khơ.

Hình 2.2: Sơ đồ của chu trình khơ

2’

Hình 2.3: Giản đồ P-h của chu trình khơ
Q trình hoạt động của chu trình nhƣ sau:
•

1-2: nén đoạn nhiệt (s1=s2) từ PO đến Pk.
10


•

2-2’: làm mát hơi quá nhiệt đến trạng thái bão hịa khơ, nhiệt độ ngƣng tụ tk và
áp suất Pk. Q trình này xảy ra trong thiết bị ngƣng tụ.


•

2’-3: Ngƣng tụ đẳng nhiệt t2’=t3=tk và thải nhiệt ra môi trƣờng làm mát thiết bị
ngƣng tụ

•

3-4: tiết lƣu mơi chất lỏng từ Pk đến PO, h3=h4

•

4-1: bay hơi đẳng nhiệt của môi chất trong TBBH t4=t1=tO.

Ƣu điểm: Tránh gây va đập thủy lực lên máy nén nên làm giảm hao mòn ở máy nén
Khuyết điểm: Hệ số làm lạnh ε nhỏ hơn chu trình Carnot song máy nén chạy hành
trình khơ.
2.3. Chu trình q lạnh, q nhiệt.
Định nghĩa:
•

Chu trình đƣợc gọi là quá nhiệt khi nhiệt độ của hơi môi chất hút về máy nén
cao hơn nhiệt độ hơi bão hịa tO.

•

Chu trình đƣợc gọi là q lạnh khi nhiệt độ môi chất lỏng trƣớc khi đi qua thiết
bị tiết lƣu thấp hơn nhiệt độ ngƣng tụ

Các nguyên nhân quá lạnh, q nhiệt
•


Có bố trí thiết bị q lạnh lỏng sau thiết bị ngƣng tụ.

•

TBNT là thiết bị trao đổi nhiệt ngƣợc dịng nên mơi chất sau khi ngƣng tụ sẽ
đƣợc làm lạnh đến nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ ngƣng tụ.

•

Mơi chất lỏng đƣợc q lạnh ngay trong thiết bị ngƣng tụ hay trên đoạn đƣờng
ống từ thiết bị ngƣng tụ đến thiết bị tiết lƣu.

•

Sử dụng van TL nhiệt nhằm đảm bảo độ quá nhiệt của hơi môi chất khi ra khỏi
thiết bị bay hơi với mục đích tránh va đập thủy lực cho máy nén

•

Do tải nhiệt QO lớn và thiếu mơi chất trong TBBH

•

Do trao đổi nhiệt trên đƣờng ống từ TBBH đến MN

2.4. Chu trình hồi nhiệt.
Chu trình hồi nhiệt là chu trình máy lạnh có sự trao đổi nhiệt giữa mơi chất lỏng
(nóng) trƣớc khi vào van tiết lƣu và hơi môi chất (lạnh) trƣớc khi vào máy nén. Quá
trình trao đổi nhiệt này xảy ra ở thiết bị hồi nhiệt.


11


Hình 2.4: Máy lạnh 1 cấp thực hiện chu trình hồi nhiệt
Thiết bị hồi nhiệt rất gọn nhẹ và môi chất đƣợc quá lạnh mà không cần nguồn nƣớc
làm mát bên ngồi
Chu trình hồi nhiệt chỉ sử dụng cho mơi chất freon vì độ q nhiệt ở đây rất lớn,
khơng phù hợp cho môi chất NH3

12


Chƣơng 3: CHU TRÌNH MÁY LẠNH NÉN HƠI 2 VÀ NHIỀU CẤP
Đối với nhu cầu lạnh nhiệt độ thấp hay rất thấp, máy nén hơi 1 cấp cần phải:
˗ Tạo ra và duy trì áp suất PO rất thấp ở thiết bị bay hơi.
˗ Tỷ số nén ℼ= Pk/PO tăng cao và vƣợt quá trị số 8
˗ Tỷ số nén ℼ tăng cao sẽ làm giảm hệ số cấp của máy nén, làm giảm lƣu lƣợng khối
lƣợng của dịng mơi chất qua máy nén, tức là làm giảm công suất lạnh của máy lạnh
˗ Nhiệt độ của môi chất ở cuối tầm nén tăng cao và có nguy cơ vƣợt q giới hạn an
tồn cho phép.
Do đó máy nén 2 và nhiều cấp ra đời nhầm giải quyết nhu cầu làm lạnh ở nhiệt độ
thấp trong việc bảo quản thực phẩm
3.1. Chu trình máy lạnh nén hơi 2 cấp, 1 tiết lƣu làm mát trung gian một phần

Hình 3.1: Máy lạnh hai cấp khơng trích hơi trung gian, làm mát trung gian
khơng hồn tồn.
MNTA: máy nén thấp áp; MNCA: máy nén cao áp; TBLM: thiết bị làm mát; TBNT: thiết bị
ngƣng tụ; VTL: van tiết lƣu; TBBH: thiết bị bay hơi.


Hơi môi chất với các thông số trạng thái po, t1 đƣợc máy nén thấp áp NTA (Hình 4.3)
nén đoạn nhiệt đến áp suất ptg, t2. Hơi môi chất đƣợc đƣa vào thiết bị làm mát trung
gian, môi chất nhả nhiệt cho mơi trƣờng làm mát theo q trình 2 – 3. Đây là q trình
làm mát khơng hồn tồn, điểm 3 ở vùng quá nhiệt; ta lấy t3 = t5. Sau thiết bị làm mát
13


trung gian hơi trung áp đƣợc đƣa vào máy nén áp cao NAC và đƣợc nén đọan nhiệt
đến áp suất pk, t4. Sau nén cao áp môi chất đƣợc đƣa đến thiết bị ngƣng tụ và ngƣng tụ
thành lỏng hoàn tồn ứng với thơng số trạng thái điểm 5. Lỏng sau thiết bị ngƣng tụ
đƣợc đƣa đến van tiết lƣu và tiết lƣu từ pk xuống po ứng với thông số trạng thái điểm 6
rồi đi vào thiết bị bay hơi nhận nhiệt trở về thông số trạng thái điểm 1.
3.2. Chu trình máy lạnh nén hơi 2 cấp, 1 tiết lƣu làm mát trung gian một phần có
hồi nhiệt.

Hình 3.2: Máy lạnh 2 cấp nén hơi 2 cấp, làm mát trung gian khơng hồn tồn, có
2 tiết lƣu.
MNTA: máy nén thấp áp; MNCA: máy nén cao áp; TBLM: thiết bị làm mát; TBNT: thiết bị
ngƣng tụ; VTL1: van tiết lƣu 1; VTL2: van tiết lƣu 2; TBBH: thiết bị bay hơi.

Chu trình: mơi chất đi qua máy nén thấp áp và máy nén áp cao không bằng nhau do có
trích một phần hơi trung gian, hơi này tạo ra sau tiết lƣu TL1. Hơi môi chất với áp
suất po, nhiệt độ T1 đƣợc nén ở máy nén thấp áp đến áp suất trung gian pTG. Tiếp theo
đƣợc làm mát đến điểm 3 ở thiết bị làm mát trung gian. Sau khi ra khỏi thiết bị làm mát
trung gian hơi mơi chất đƣợc hỗn hợp với buồng hơi bão hịa khô sau van tiết lƣu TL1
ứng với thông số trạng thái 10 tạo thành hỗn hợp có thơng số trạng thái 4. Máy nén
cao áp nén đến áp suất pk ứng với điểm 5. Hơi cao áp đƣợc đƣa vào bộ ngƣng và
ngƣng tụ đến điểm 6. Lỏng tiết lƣu qua tiết lƣu 1 đến trạng thái 7. Phần hơi sinh ra
sau van tiết lƣu TL1 với trạng thái 10 đƣợc đƣa trở lại đầu hút máy nén áp cao; phần
lỏng với trạng thái 9 đi tiếp qua van tiết lƣu TL2 vào thiết bị bay hơi nhận nhiệt qo đến

thông số trạng thái 1 rồi về đầu hút máy nén thấp áp.
14


3.3. Chu trình máy lạnh nén hơi 2 cấp, 2 tiết lƣu làm mát trung gian tồn phần.

Hình 3.3: Chu trình máy lạnh nén hơi 2 cấp, 2 tiết lƣu làm mát trung gian toàn
phần
MNTA: máy nén thấp áp; MNCA: máy nén cao áp; TBNT: thiết bị ngƣng tụ; VTL1: van tiết
lƣu 1; VTL2: van tiết lƣu 2; TBBH: thiết bị bay hơi

Chu trình: Hơi mơi chất sau thiết bị bay hơi với các thông số trạng thái 1 (po, t1) đƣợc
máy nén thấp áp NTA (Hình 4.5) nén đoạn nhiệt đến trạng thái 2 với áp suất ptg rồi
đƣa sang bình trung gian, làm mát đẳng áp, làm mát hoàn toàn đến trạng thái 3 nhờ
một phần lỏng
bay hơi ở bình trung gian. Hơi bảo hịa khơ đi vào máy nén cao áp
NCA, nén tới pk theo quá trình 34 rồi tới thiết bị ngƣng tụ, ngƣng tụ đẳng áp, nhả
nhiệt qk theo quá trình 45. Lỏng cao áp qua van tiết lƣu TL1, tiết lƣu theo quá trình 56
đến ptg rồi đi vào bình trung gian. Tại bình trung gian phần hơi sinh ra sau van tiết lƣu
TL1 đƣợc đƣa về đầu hút máy nén cao áp, phần lỏng bay hơi để làm mát hoàn toàn 1
kg hơi qua nhiệt trung áp, phần lỏng còn lại (1 kg) đƣợc đƣa đến van tiết lƣu TL2 tiết
lƣu theo quá trình 78 đến đến áp suất po rồi đƣa vào thiết bị bay hơi nhận nhiệt qo theo
quá trình 81 rồi trở về máy nén thấp áp NTA.

15


Chƣơng 4: MƠI CHẤT LẠNH VÀ CHẤT TẢI LẠNH
4.1. Mơi chất lạnh
4.1.1. Các yêu cầu về môi chất lạnh

a) Các yêu cầu về nhiệt động với môi chất lạnh
˗ Nhiệt độ sơi ở áp suất khí quyển phải thấp: tránh cho thiết bị bay hơi khỏi phải làm
việc với áp suất chân không.
˗ Ở nhiệt độ môi trƣờng áp suất ngƣng tụ phải thấp, song phải cao hơn áp suất khí
quyển: giảm chiều dày các thiết bị, đƣờng ống trong hệ thống lạnh.
˗ Nhiệt độ tới hạn phải cao: tăng dải làm việc cho máy lạnh.
˗ Nhiệt độ điểm 3 pha phải thấp: tăng dải làm việc cho máy lạnh.
˗ Nhiệt ẩn hóa hơi lớn: lƣợng mơi chất tuần hồn trong hệ thống nhỏ.
˗ Nhiệt dung riêng đẳng áp phải lớn: các đƣờng đẳng áp càng nằm ngang thì chu
trình càng gần về chu trình ngƣợc Carnot.
˗ Độ nhớt vừa phải: độ nhớt lớn làm tăng công tiêu tốn vô ích cho ma sát, độ nhớt nhỏ
thì mơi chất dễ rị rỉ qua khe hở.
b) Các u cầu về hóa học với môi chất lạnh
˗ Không gây cháy.
˗ Không gây nổ.
˗ Không phản ứng với dầu bôi trơn.
˗ Không phản ứng hóa học, khơng ăn mịn kim loại của máy móc, đƣờng ống hệ
thống lạnh.
˗ Hịa tan đƣợc nƣớc: để tránh gây tắc van tiết lƣu khi mơi chất có lẫn nƣớc.
˗ Khi rò rỉ dễ phát hiện (bằng mùi, màu, các chỉ thị, độ dẫn điện).
˗ Khi rò rỉ không làm hỏng các sản phẩm cần bảo quản lạnh.
c) Các yêu cầu về kinh tế.
Rẻ tiền, dễ kiếm, dễ chế tạo.
d) Các yêu cầu về môi trƣờng.
Không gây ô nhiễm mơi trƣờng.
Trong thực tế khơng có mơi chất nào đáp ứng đƣợc tất cả các yêu cầu kể trên. Vì vậy
khi chọn mơi chất phải dựa v các u cầu thực tế quan trọng nhất, bỏ qua các yêu
cầu cịn lại. Ngày nay các mơi chất thơng dụng nhất là amôniăc NH3 và các freon.

16



4.1.2. Môi chất amoniac (NH3 – R717)
Amoniac là môi chất có độ hồn thiện nhiệt động cao nhất so với tất cả các môi chất
đƣợc sử dụng trong kỹ thuật lạnh: trong cùng điều kiện làm việc thì NH3 có hệ số làm
lạnh ε cao nhất. Dođó NH3 đƣợc sử dụng rộng rãi trong máy nén lạnh 1 và 2 cấp
a) Các tính chất về nhiệt động
˗ Nhiệt độ sơi ở áp suất khí quyển thấp: p = 1 kgf/cm2; t = -33,4oC.
˗ Ở nhiệt độ môi trƣờng áp suất ngƣng tụ vừa phải: t = 40oC; p = 16 at.
˗ Nhiệt độ tới hạn tƣơng đối cao: tth = 132,4oC; pth = 115,2 at.
˗ Nhiệt độ đông đặc điểm 3 pha thấp: tđđ = -77,7oC.
˗ Nhiệt ẩn hóa hơi lớn, lớn nhất trong các mơi chất lạnh, ví dụ tại -15oC thì r =
1312kJ/kg.
˗ Nhiệt dung riêng đẳng áp vừa phải.
˗ Độ nhớt vừa phải, lớn hơn độ nhớt của nƣớc
b) Các tính chất hóa học
˗ Gây cháy ở nồng độ ζ<16 và ζ >25% trong khơng khí khi có mồi lửa, ngọn lửa có
màu vàng.
˗ Gây nổ ở nồng độ ζ = 16 ÷ 25% trong khơng khí khi có mồi lửa.
˗ Dầu bơi trơn chun dụng; khối lƣợng riêng của dầu cao hơn khối lƣợng riêng của
lỏng amơniăc (Ví dụ tại -15oC lỏng R717 có khối lƣợng riêng là 658,63kg/m3), khơng
hồ tan dầu bơi trơn.
˗ Khơng ăn mòn kim loại đen; ăn mòn kim loại màu khi có nƣớc, đặc biệt là nhơm và
đồng, ngoại trừ hợp kim đồng có chứa phốt pho và một số hợp kim nhơm đặc biệt.
˗ Hịa tan đƣợc nƣớc với mọi tỷ lệ, ở cả 3 pha, do đó chỉ có thể tách nƣớc ra khỏi
amôniăc bằng các biện pháp đặc biệt.
˗ Khi rị rỉ dễ phát hiện: có mùi khai đặc biệt.
˗ Khi rò rỉ làm hỏng các sản phẩm cần bảo quản lạnh.
c) Các tính chất về sinh lý


Độc hại bảng 2 (bảng 1 là KCN, SO2, HCl, HF, NO2 ...; khơng khí thuộc bảng 6); ở
nồng độ 1% trong khơng khí gây ngất sau 1 phút.
d) Các tính chất về kinh tế.
Rẻ tiền, dễ kiếm, dễ chế tạo.

17


e) Các tính chất về mơi trƣờng.
Khơng gây ơ nhiễm mơi trƣờng, khi rị rỉ chỉ gây hại tức thì, về lâu dài chính là phân
đạm cho cây.
4.1.3. Mơi chất Freon
Freon là các sản phẩm hình thành từ dãy hydro carbon no CnH2n+2 bằng cách thay thế
các nguyên tử hydro bằng các nguyên tử flo F, clo Cl, brom Br.
Mã hóa các freon nhƣ sau:

Số ngun tử Cl đƣợc tính theo cơng thức: q= (2n+2)-(m+p+k).
khi n=1 thì n-1=0 trong ký hiệu ngƣời ta bỏ số 0 đi, chỉ còn R(m+1)pBrk.
a) R12. (CF2Cl2 Diclodiflometan)
R12 là mơi chất có độ hồn thiện nhiệt động cao, thua kém NH3 một ít, từng dùng
rộng rãi cho máy lạnh 1 cấp, nay bị hạn chế và tiến tới cấm sử dụng do trong thành
phần hóa học có Cl phá hủy tầng ozon khi rị rỉ.
Các tính chất của R12:
˗ Nhiệt độ sơi ở áp suất khí quyển thấp: p = 1 kgf/cm2; t = -29,8oC.
˗ Ở nhiệt độ môi trƣờng áp suất ngƣng tụ vừa phải: t = 40oC; p = 9,5 at.
˗ Nhiệt độ tới hạn tƣơng đối cao: tth = 112,04oC; pth = 41,96 at..
˗ Nhiệt độ đông đặc điểm 3 pha thấp: tđđ = -155oC.
˗ Nhiệt ẩn hóa hơi tƣơng đối lớn, ví dụ tại -15oC thì r = 159.55kJ/kg.
˗ Nhiệt dung riêng đẳng áp vừa phải.
˗ Độ nhớt rất nhỏ, nhỏ hơn khơng khí nên R12 có thể rị rỉ qua các khe hở mà khơng

khí khơng đi qua đƣợc, độ nhớt R12 lớn hơn nitơ một chút nên thử kín phải dùng nitơ
khô.
˗ Không gây cháy.
˗ Không gây nổ; tuy nhiên ở nhiệt độ t > 450oC R12 phân hủy thành các chất cực kỳ
độc hại nhƣ HCl, HF (độc hại bảng 1). Do đó nghiêm cấm các vật có nhiệt độ bề mặt
trên 400oC trong phịng máy.
˗ Dầu bơi trơn chuyên dụng; khối lƣợng riêng của dầu nhỏ hơn khối lƣợng riêng của
lỏng R12 (Ví dụ tại -15oC lỏng R12 có khối lƣợng riêng là 1443,83kg/m3), độ hịa tan
dầu bơi trơn phụ thuộc vào nhiệt độ bão hịa của môi chất R12: ở nhiệt độ t < 45oC
hỗn hợp lỏng chia làm 2 lớp, lớp trên là dầu, lớp dƣới là hỗn hợp dầu và R12.
˗ Khơng ăn mịn kim loại; R12 là môi chất bền vững về mặt hóa học.
18


˗ Khơng hịa tan đƣợc nƣớc, lƣợng nƣớc hịa tan tối đa là 0,0006% khối lƣợng, cho
phép làm việc là 0,0004%; do đó có thể tách nƣớc ra khỏi R12 bằng các chất hút ẩm
thơng dụng.
˗ Khi rị rỉ khó phát hiện: R12 khơng màu, có mùi thơm nhẹ, khơng vị.
˗ Khi rị rỉ khơng làm hỏng các sản phẩm cần bảo quản lạnh.
˗ Nồng độ 30% trong khơng khí gây váng vất khó thở do thiếu ơxy (Nồng độ thể tích
ơxy lúc này trong khơng khí cịn 14%).
˗ Tƣơng đối rẻ tiền, dễ kiếm, dễ chế tạo.
˗ Gây ô nhiễm mơi trƣờng: khi rị rỉ R12 bay dần lên tầng thƣợng lƣu khí quyển, gây
hiệu ứng lồng kính, do có thành phần Cl nên R12 phá hoại, làm thủng tầng ozon.
b) R22(CHF2Cl Monoclodiflometan)
R22 là mơi chất có độ hồn thiện nhiệt động cao, chỉ xếp sau NH3, từng dùng rộng rãi
cho máy lạnh 1 và 2 cấp, nay bị hạn chế và tiến tới cấm sử dụng do trong thành phần
hóa học có Cl phá hủy tầng ozon khi rị rỉ.
Các tính chất của R22:
˗ Nhiệt độ sơi ở áp suất khí quyển thấp: p = 1 kgf/cm2; t = -40,8oC.

˗ Ở nhiệt độ môi trƣờng áp suất ngƣng tụ vừa phải: t = 40oC; p = 15 at.
˗ Nhiệt độ tới hạn tƣơng đối cao: tth = 96oC; pth = 50,33 at.
˗ Nhiệt độ đông đặc điểm 3 pha thấp: tđđ = -160oC.
˗ Nhiệt ẩn hóa hơi tƣơng đối lớn, ví dụ tại -15oC thì r = 217kJ/kg.
˗ Nhiệt dung riêng đẳng áp vừa phải.
˗ Độ nhớt rất nhỏ, nhỏ hơn khơng khí nên R22 có thể rị rỉ qua các khe hở mà khơng
khí khơng đi qua đƣợc, độ nhớt R22 lớn hơn nitơ một chút nên thử kín phải dùng nitơ
khơ.
˗ Khơng gây cháy.
˗ Khơng gây nổ; tuy nhiên ở nhiệt độ t>450oC R22 phân hủy thành các chất cực kỳ
độc hại nhƣ HCl, HF (độc hại bảng 1). Do đó nghiêm cấm các vật có nhiệt độ bề mặt
trên 400oC trong phịng máy.
˗ Dầu bơi trơn chuyên dụng; khối lƣợng riêng
của dầu nhỏ hơn khối lƣợng riêng
o
của lỏng R22 (Ví dụ tại -15 C lỏng R22 có khối lƣợng riêng là 1335kg/m3), độ hịa tan
dầu bơi trơn phụ thuộc vào nhiệt độ bão hịa của môi chất R22: ở nhiệt độ t<-45oC hỗn
hợp lỏng chia làm 2 lớp, lớp trên là dầu, lớp dƣới là hỗn hợp dầu và R22.
˗ Khơng ăn mịn kim loại; R22 là mơi chất bền vững về mặt hóa học.

19


˗ Khơng hịa tan đƣợc nƣớc, lƣợng nƣớc hịa tan tối đa là 0,0006% khối lƣợng, cho
phép làm việc là 0,0004%; do đó có thể tách nƣớc ra khỏi R22 bằng các chất hút ẩm
thơng dụng.
˗ Khi rị rỉ khó phát hiện: R22 không màu, không mùi, không vị.
˗ Khi rị rỉ khơng làm hỏng các sản phẩm cần bảo quản lạnh.
˗ Ở nồng độ 30% trong khơng khí gây váng vất khó thở do thiếu ơxy (Nồng độ thể
tích ơxy lúc này trong khơng khí cịn 14%).

˗ Tƣơng đối rẻ tiền, dễ kiếm, dễ chế tạo.
˗ Gây ô nhiễm mơi trƣờng: khi rị rỉ R22 bay dần lên tầng thƣợng lƣu khí quyển, gây
hiệu ứng lồng kính, do có thành phần Cl nên R22 phá hoại, làm thủng tầng ozon.
c) R134a (CH2F-CF3 Tetrafloetan)
R134a là mơi chất có độ hồn thiện nhiệt động tƣơng đối cao, thua R12 và R22, là môi
chất lạnh mới, đƣợc dùng rộng rãi cho máy lạnh 1 cấp trong điều hịa khơng khí, là
mơi chất thân thiện với mơi trƣờng do trong thành phần hóa học khơng có Cl nên
khơng phá hủy tầng ozon khi rị rỉ. Ký tự “a” là ký hiệu mơi chất R134a là một đồng
phân của C2H2F4)
Các tính chất của R134a
˗ Nhiệt độ sơi ở áp suất khí quyển thấp: p = 1,013 bar; t = -26,2oC.
˗ Ở nhiệt độ môi trƣờng áp suất ngƣng tụ vừa phải: t = 40oC; p = 10,1761 bar.
˗ Nhiệt độ tới hạn tƣơng đối cao: tth = 101,15oC; pth = 40,46 bar.
˗ Nhiệt độ đơng đặc điểm 3 pha thấp.
˗ Nhiệt ẩn hóa hơi tƣơng đối lớn, ví dụ r = 269,2 kJ/kg tại -15oC.
˗ Nhiệt dung riêng đẳng áp vừa phải.
˗ Độ nhớt rất nhỏ, nhỏ hơn khơng khí nên R134a có thể rị rỉ qua các khe hở mà
khơng khí khơng đi qua đƣợc, độ nhớt R134a lớn hơn nitơ một chút nên thử kín phải
dùng nitơ khơ.
˗ Khơng gây cháy.
˗ Khơng gây nổ; tuy nhiên ở nhiệt độ cao R134a phân hủy thành chất cực kỳ độc hại
nhƣ HF (độc hại bảng 1). Do đó nghiêm cấm các vật có nhiệt độ bề mặt cao trong
phịng máy.
˗ Khơng ăn mịn kim loại; R134a là mơi chất bền vững về mặt hóa học.
˗ Khơng hịa tan đƣợc nƣớc; do đó có thể tách nƣớc ra khỏi R134a bằng các chất hút
ẩm thông dụng.
˗ Khi rị rỉ khó phát hiện: R134a khơng màu, không mùi, không vị.
20



˗ Khi rị rỉ khơng làm hỏng các sản phẩm cần bảo quản lạnh.
˗ Hiện tại còn đắt tiền, dễ kiếm.
˗ Là môi chất thân thiện với môi trƣờng.
4.2. Chất tải lạnh
Trong nhiều trƣờng hợp ngƣời ta không thể đƣa trực tiếp môi chất lạnh đến vật cần
làm lạnh đƣợc mà phải truyền lạnh từ môi chất lạnh đến vật cần làm lạnh gián tiếp
thông qua môi chất trung gian đƣợc gọi là mơi chất tải lạnh.
Ví dụ: các bể sản xuất nƣớc đá cây dùng nƣớc muối NaCl, các kho trữ đơng dùng
khơng khí làm mơi chất tải lạnh.
4.2.1. Các yêu cầu về chất tải lạnh
˗ Nhiệt độ đóng băng phải thấp.
˗ Nhiệt dung riêng phải lớn để giảm lƣu lƣợng và các tổn thất không thuận nghịch.
˗ Độ nhớt phải bé để giảm tổn thất thủy lực.
˗ Không làm hỏng các sản phẩm cần làm lạnh.
˗ Không tác dụng hóa học, khơng ăn mịn kim loại của hệ thống lƣu chuyển mơi chất
tải lạnh.
˗ Bền vững hóa học trong giải nhiệt độ làm việc.
˗ Không gây cháy.
˗ Không gây nổ.
˗ Không độc hại.
˗ Rẻ tiền, dễ kiếm, dễ chế tạo.
˗ Không gây ô nhiễm môi trƣờng.
4.2.2. Phân loại
Môi chất tải lạnh thơng dụng gồm có khơng khí và dãy các chất lỏng. Các chất lỏng
đƣợc chia làm 4 nhóm:
˗ Nƣớc H2O, dung dịch nƣớc muối NaCl, CaCl2.
˗ Dung dịch nƣớc với rƣợu etylen glycol C2H4(OH)2; propylen glycol C3H6(OH)2 ở
các nồng độ khác nhau.
˗ Môi chất tải lạnh nhiệt độ thấp nhƣ R30 (CH2Cl2); R11 (CFCl3); rƣợu etyl
C2H5OH; rƣợu metyl CH3OH.

˗ Môi chất tải lạnh đặc biệt nhƣ các sản phẩm của dầu mỏ, các loại dầu tổng hợp

21


4.2.3. Chất tải lạnh là khơng khí
Đây là chất tải lạnh rẻ tiền, có sẵn, đƣợc sủ dụng rất phổ biến trong các hệ thống làm
lạnh thực phẩm ở quy mô nhỏ và quy mô công nghiệp
Ƣu:
˗ Không làm hỏng các sản phẩm cần làm lạnh.
˗ Khơng tác dụng hóa học, khơng ăn mịn kim loại của hệ thống lƣu chuyển mơi chất
tải lạnh.
˗ Bền vững hóa học trong giải nhiệt độ làm việc.
˗ Không gây cháy.
˗ Không gây nổ.
˗ Khơng gây ơ nhiễm mơi trƣờng
˗ Có sẵn mọi nơi.
Khuyết:
- Gây oxy hóa thực phẩm
- Hệ số làm lạnh thấp
4.2.4. Chất tải lạnh là nƣớc muối NaCl
Ƣu điểm:
˗ Nhiệt độ đóng băng phụ thuộc vào nồng độ muối trong dung dịch. Nhiệt độ thấp
nhất mà dung dịch đạt đƣợc tđb = -21,2oC, nồng độ dung dịch ζ = 23,1%.
˗ Nhiệt dung riêng lớn.
˗ Độ nhớt vừa phải.
˗ Bền vững hóa học trong giải nhiệt độ làm việc.
˗ Không gây cháy.
˗ Khơng gây nổ.
˗ Khơng độc hại.

˗ Rẻ tiền, dễ tìm.
˗ Không gây ô nhiễm môi trƣờng

22


Hình 4.1: Nhiệt độ đóng băng của nƣớc muối NaCl theo nồng độ.
Khuyết điểm:
˗ Khi rò rỉ vào sản phẩm nƣớc muối làm mặn sản phẩm
˗ Có tác dụng hóa học, ăn mòn kim loại của hệ thống lƣu chuyển mơi chất tải lạnh.
Do đó chất liệu chứa thực phẩm, chứa nƣớc muối phải đảm bảo trơ, không bị ăn mòn
bởi nƣớc muối

23